模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)中搬運分揀站設計【5張CAD圖紙+畢業(yè)論文+程序】

模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)中搬運分揀站設計

43頁 16000字數(shù)+論文說明書+5張CAD圖紙【詳情如下】

GOTPLC程序.zip

MPS第六站框圖.doc

MPS系統(tǒng)操作手冊.doc

分類站IN（三菱）.dwg

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模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)硬件設計論文.doc

1引言

MPS(modularize process system)即模塊化生產(chǎn)系統(tǒng), 是一個集機、電控制技術(shù)于一體的綜合性自動化控制系統(tǒng),囊括了電機驅(qū)動、氣動、PLC(可編程控制器)、傳感器等多種技術(shù), MPS體現(xiàn)了機電一體化技術(shù)的實際應用。MPS設備是一套開放式的設備，最多可由9個單元組成，最少時一個單元即可自成一個獨立的控制系統(tǒng)。MPS系統(tǒng)一般有6個工作站, 它們分別為上料檢測工作站、上料搬運工作站、加工處理工作站、工件裝配工作站、存儲搬運工作站和分類存儲工作站。由多個單元組成的系統(tǒng)可以體現(xiàn)出自動生產(chǎn)線的控制特點。

PLC是專門為工業(yè)過程控制而設計的控制設備，各工作站均采用獨立的PLC 進行控制，在工業(yè)控制領(lǐng)域中應用非常廣泛。

1.1  課題研究背景

在有6個單元組成的MPS系統(tǒng)中，綜合應用了多種技術(shù)知識，如氣動控制技術(shù)、機械技術(shù)、電工電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、PLC控制技術(shù)等。利用該系統(tǒng)，可以模擬一個與實際生產(chǎn)情況十分接近的控制過程。本次的課題就是在我們學校擁有MPS設備的背景下完成的。

1.2  模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)

模塊 (module) 及模塊化 (modularity) 的概念最初來源于產(chǎn)品生產(chǎn)領(lǐng)域, Starr于1965年在 《哈佛商業(yè)評論》 上提出了一個全新的概念—模塊化生產(chǎn) (modular production) 。在有形產(chǎn)品生產(chǎn)和計算機軟件開發(fā)過程中, 模塊概念得到了廣泛的應用。Starr(1965)指出, 為滿足用戶對于產(chǎn)品種類最大化的需求, 企業(yè)要發(fā)展模塊化生產(chǎn)的能力和與之相匹配的管理能力。此后, 模塊的定義幾經(jīng)變化, 內(nèi)容逐步充實擴大, 涵蓋范圍也越來越廣。

1.2.1  模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)的概念

所謂模塊, 引用最多的是Baldwin和Clark的定義: 指可組成系統(tǒng)的, 具有某種確定獨立功能的半自律性的子系統(tǒng), 可以通過標準化的界面結(jié)構(gòu), 與其它功能的半自律性子系統(tǒng)按照一定的規(guī)則相互聯(lián)系而構(gòu)成的更加復雜的系統(tǒng)[ 1 ]。模塊化是指把一個復雜系統(tǒng)或過程根據(jù)系統(tǒng)規(guī)則分解為能夠獨立設計的半自律性子系統(tǒng)的過程；或者是按照某種聯(lián)系規(guī)則, 將可進行獨立設計的子系統(tǒng)統(tǒng)一起來構(gòu)成更加復雜的系統(tǒng)或過程, 這樣通過模塊化, 一個復雜的系統(tǒng)就可以分解為一系列相互獨立的具有特定功能價值的模塊。在遵循統(tǒng)一界面規(guī)定的前提下, 各模塊進行半自律性獨立動作, 同類模塊之間可進行替代, 從而可根據(jù)需要, 組成不同的復雜系統(tǒng)。青木昌彥的定義認為, 對具有可分解性的系統(tǒng)各部件聯(lián)系規(guī)則的六種“模塊化操作”, 可以實現(xiàn)復雜系統(tǒng)的創(chuàng)新[ 2 ]。

1.2.2  模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)的發(fā)展史

　人類對柔性制造模式的探索, 從最初的組合機床生產(chǎn)線到20世紀70年代興起的柔性化制造系統(tǒng)(FMS), 再到80年代的柔性化制造工廠(FA)、計算機集成制造(CIM)和后來在日本廣為流行的細胞式生產(chǎn)系統(tǒng)(Cell Production System), 都已經(jīng)經(jīng)歷了幾十年[ 3 ]。每一種制造方式的研究都能找到大量的相關(guān)文獻。

 20世紀90年代以后, 模塊化生產(chǎn)受到矚目。哈佛大學商學院的Ballwin和Clark于1997年在哈佛商業(yè)評論上發(fā)表一篇題為“模塊化時代的管理”的文章, 模塊和模塊化的研究日益引起學者重視。Ballwin和Clark于2000年指出, 模塊化具有時代的革命性意義, 當今產(chǎn)業(yè)已經(jīng)步入模塊化技術(shù)快速發(fā)展時期。近年來, 模塊化理論越來越應用到工業(yè)領(lǐng)域, 尤其是制造業(yè), 出現(xiàn)了“模塊化的生產(chǎn)”的概念。在傳統(tǒng)生產(chǎn)模式下, 市場需求的多品種、小批量的特點給企業(yè)造成很大壓力, 企業(yè)在增加柔性的同時, 又往往不得不接受成本上升的事實。但在模塊化生產(chǎn)方式下, 企業(yè)只需在統(tǒng)一的產(chǎn)品界面標準上安插不同的產(chǎn)品模塊就能實現(xiàn)目的, 不僅成本低, 而且最大限度地實現(xiàn)了顧客價值, 提升企業(yè)競爭力。模塊化的思想給柔性制造帶來新的理念, 它打破了傳統(tǒng)柔性制造的一貫做法, 將對制造業(yè)的發(fā)展帶來深刻影響[ 4 ]。

1.2.3  模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

我們實驗室的MPS生產(chǎn)系統(tǒng)是以電感應式傳感器、光電傳感器、漫射式光電傳感器為輔助元件，用這些元件來采集開關(guān)數(shù)字信號。然后把這些數(shù)字信號輸入核心部件PLC的輸入印象寄存器，通過里面的程序處理輸入信號，最后把處理的結(jié)果送給輸出印象寄存器，來驅(qū)動電機、氣動控制元件、氣動執(zhí)行元件和機械手等。

PLC直接與MPS自動線相連，處理從自動線輸入的各種位置及檢測信號，同時根據(jù)自動線的運行情況，輸出各種控制信號，控制自動線上的各種氣缸工作，吸盤的吸放和電機的起、停等。

1.2.4  模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)的特點

傳統(tǒng)的柔性制造模式都致力于單個企業(yè)內(nèi)部設計和制造過程效率的提高, 在縮短響應時間方面非常有限, 而模塊化生產(chǎn)能在更大程度上提高響應速度, 表現(xiàn)在:

(1) 模塊化生產(chǎn)往往突破了單個企業(yè)的限制, 在更大范圍內(nèi)實現(xiàn)資源整合, 各個模塊制造商和模塊整合商為了在競爭中取勝, 都專注于提高各自模塊的核心競爭力, 集中力量, 不斷提高產(chǎn)品質(zhì)量、縮短設計和制造周期。

(2) 模塊化生產(chǎn)使同步化操作成為可能, 從而縮短總的交貨時間。

 (3) 產(chǎn)品的模塊被生產(chǎn)出來之后, 再根據(jù)所接到客戶訂單要求, 在模塊組裝企業(yè)或再下游環(huán)節(jié)進行組裝, 從而實現(xiàn)延遲生產(chǎn)。

 (4) 創(chuàng)新: 就是設計者能夠修改模塊。在增量創(chuàng)新中, 模塊的核心技術(shù)和模塊之間的界面規(guī)則都沒有重大變化。

(5) 核心: 就是要模塊內(nèi)部的核心技術(shù)發(fā)生變化, 但界面規(guī)則并沒有變化。

   （6）焦點: 成為關(guān)注的重點, 而產(chǎn)品的制造過程則被放到了關(guān)注的次要位置, 于是簡化了生產(chǎn)環(huán)節(jié), 從而降低了成本, 降低了價格, 增強了產(chǎn)品競爭力。隨著模塊化技術(shù)的革新, 模塊化的產(chǎn)品生產(chǎn)被轉(zhuǎn)移到了勞動力低廉的發(fā)展中國家, 勞動力成本大大降低。

結(jié)束語

本設計以我們實驗室的MPS系統(tǒng)為基礎(chǔ)，對該系統(tǒng)的硬件進行了系統(tǒng)的論述。在老師的指導和自己的努力之下，我對MPS系統(tǒng)有了進一步的了解。對該系統(tǒng)分析完了之后與編程員協(xié)作進行現(xiàn)場調(diào)試，該系統(tǒng)的運行得到了良好的實際效果，模擬了一個與實際生產(chǎn)情況十分接近的控制過程，使我在學習的過程中很自然地就將理論應用到了實際中。

本設計主要完成了以下幾方面的工作：

(1) 完成MPS生產(chǎn)系統(tǒng)的總體方案的設計和總體布局；

(2) 編制MPS系統(tǒng)的信號流程圖；

(3) 完成系統(tǒng)硬件的設計；

(4) 完成通訊接線板PCB板設計；

(5) 給出編程定義地址并配合軟件設計人員完成系統(tǒng)整合。

致  謝

本課題的研究工作是在陸寶春教授和王榮林老師的關(guān)懷和指導下完成的。在畢業(yè)設計的三個月的時間里，王老師在學習上給了我悉心的指導，生活上給了我深切的關(guān)懷，使我在各方面能力都有了很大提高。兩位老師嚴謹、求實的治學態(tài)度，深邃的洞察力，高度的責任心和敬業(yè)精神，平易近人的工作作風，一直深深的影響和激勵著我，使得我在學習和生活上受益匪淺。在畢業(yè)設計完成之時，謹向恩師們表示最衷心的感謝，并致以崇高的敬意。

同時，我要感謝學校給我們提供了良好的工作平臺和工作環(huán)境。

其次，我要感謝我的同學劉玄和顧俊峰在學習和生活上都給了我無微不至的關(guān)懷和照顧，我所取得的成績與他們的支持和幫助是分不開的。最后，要特別感謝我的家人在精神和物質(zhì)上的關(guān)心、支持和幫助，使得我能夠安心致力于學習和工作

參 考 文 獻

[1] BULDW INC. CLARKB the Power of Modularity [M]. M IT Press, Cambridge MA. Design Rules, 2000, 1 (1).

[2] 青木昌彥. 模塊化- 新產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的本質(zhì)[M]. 北京: 中信出版社, 2002: 113 -1261.

[3] 張進秋,等. 可編程控制器原理及應用實例[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2004.

[4] 胡學林. 可編程控制器教程（基礎(chǔ)篇）[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2003.

[5] 張萬忠,等. 電器技術(shù)[M]. 北京：化學工業(yè)出版社，2003.

[6] 詹友剛. Pro/ENGINEER英文野火版3.0 [M] 北京：機械工業(yè)出版，2006. 

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[12] 王遠. 模擬電子技術(shù)[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2002.

[13] 王兆以. 傳感器技術(shù)[M]. 北京：科學技術(shù)出版社，2001.

[14] 王國中. 液壓與氣壓傳動[M]. 廣州：華南理工大學出版社，2002.

[15] 呂炳仁. Protel99 SE[M]. 天津：天津科學技術(shù)出版社，2006.

本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 1 頁 共 43 頁 1 引言 模塊化生產(chǎn)系統(tǒng) , 是一個集機、電控制技術(shù)于一體的綜合性自動化控制系統(tǒng) ,囊括了電機驅(qū)動、氣動、 編程控制器 )、傳感器等多種技術(shù) , 現(xiàn)了機電一體化技術(shù)的實際應用。 備是一套開放式的設備，最多可由 9 個單元組成，最少時一個單元即可自成一個獨立的控制系統(tǒng)。 統(tǒng)一般有 6個工作站 , 它們分別為上料檢測工作站、上料搬運工作站、加工處理工作站、工件裝配工作站、存儲搬運工作站和分類存儲工作站。 由多個單元組成的系統(tǒng)可以體現(xiàn)出自動生產(chǎn)線 的控制特點。 各工作站均采用獨立的 行控制 ， 在工業(yè)控制領(lǐng)域中應用非常廣泛。 課題研究背景 在有 6個單元組成的 合應用了多種技術(shù)知識，如氣動控制技術(shù) 、機械技術(shù)、電工電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、 用該系統(tǒng)，可以模擬一個與實際生產(chǎn)情況十分接近的控制過程。 本次的課題就是在我們學校擁有 模塊化生產(chǎn)系統(tǒng) 模塊 (及模塊化 (的概念最初來源于產(chǎn)品生產(chǎn)領(lǐng)域 , 1965 年在 《哈佛商業(yè)評論》 上提出了一個全新的概念 — 模塊化生產(chǎn) (。在有形產(chǎn)品生產(chǎn)和計算機軟件開發(fā)過程中 , 模塊概念得到了廣泛的應用。 965)指出 , 為滿足用戶對于產(chǎn)品種類最大化的需求 , 企業(yè)要發(fā)展模塊化生產(chǎn)的能力和與之相匹配的管理能力。此后 , 模塊的定義幾經(jīng)變化 , 內(nèi)容逐步充實擴大 , 涵蓋范圍也越來越廣。 模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)的概念 所謂模塊 , 引用最多的是 指可組成系統(tǒng)的 , 具有某種確定獨立功能 的半自律性的子系統(tǒng) , 可以通過標準化的界面結(jié)構(gòu) , 與其它功能的半自律性子系統(tǒng)按照一定的規(guī)則相互聯(lián)系而構(gòu)成的更加復雜的系統(tǒng) [ 1 ]。模塊化是指把一個復雜系統(tǒng)或過程根據(jù)系統(tǒng)規(guī)則分解為能夠獨立設計的半自律性子系統(tǒng)的過程 ； 或者是按照某種聯(lián)系規(guī)則 , 將可進行獨立設計的子系統(tǒng)統(tǒng)一起來構(gòu)成更加復雜的系統(tǒng)或 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 2 頁 共 43 頁 過程 , 這樣通過模塊化 , 一個復雜的系統(tǒng)就可以分解為一系列相互獨立的具有特定功能價值的模塊 。在遵循統(tǒng)一界面規(guī)定 的前提下 , 各模塊進行半自律性獨立動作 , 同類模塊之間可進行替代 , 從而可根據(jù)需要 , 組成不同的復雜系統(tǒng)。 青 木昌彥的 定義認為 , 對具有可分解性的系統(tǒng)各部件聯(lián)系規(guī)則的六種“模塊化操作” , 可以實現(xiàn)復雜系統(tǒng)的創(chuàng)新 [ 2 ]。 模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)的發(fā)展史 人類對柔性制造模式的探索 , 從最初的組合機床生產(chǎn)線到 20世紀 70年代興起的柔性 化 制造系統(tǒng) ( 再到 80 年代的柔性 化 制造工廠 (計算機集成制造 (后來在日本廣為流行的細胞式生產(chǎn) 系統(tǒng) ( 都 已經(jīng)經(jīng)歷了幾十年 [ 3 ]。每一種制造方式的研究都能找到大量的相關(guān)文獻。 20世紀 90年代以后 , 模塊 化生產(chǎn)受到矚目。哈佛大學商學院的 997 年在哈佛商業(yè)評論上發(fā)表一篇題為“模塊化時代的管理”的文章 , 模塊和模塊化的研究日益引起學者重視 。 000年指出 , 模塊化具有時代的革命性意義 , 當今產(chǎn)業(yè)已經(jīng)步入模塊化技術(shù)快速發(fā)展時期。近年來 , 模塊化理論越來越應用到工業(yè)領(lǐng)域 , 尤其是制造業(yè) , 出現(xiàn)了“模塊化的生產(chǎn)”的概念。在傳統(tǒng)生產(chǎn)模式下 , 市場需求的多品種、小批量的特點給企業(yè)造成很大壓力 , 企業(yè)在增加柔性的同時 , 又往往不得不接受成本上升的事實。但在模塊化生產(chǎn) 方式下 , 企業(yè)只需在統(tǒng)一的產(chǎn)品界面標準上安插不同的產(chǎn)品模塊就能實現(xiàn)目的 , 不僅成本低 , 而且最大限度地實現(xiàn)了顧客價值 , 提升企業(yè)競爭力。模塊化的思想給柔性制造帶來新的理念 , 它打破了傳統(tǒng)柔性制造的一貫 做法 , 將對制造業(yè)的發(fā)展帶來深刻影響 [ 4 ]。 模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù) 我們實驗室的 電傳感器、漫射式光電傳感器為輔助元件，用這些元件來采集開關(guān)數(shù)字信號。然后把這些數(shù)字信號輸入核心部件輸入印象寄存器，通過里面的程序處理輸入信號，最后把處理的結(jié)果送給輸出印象寄存器，來驅(qū)動電機、氣動控制元件、氣動執(zhí)行元件和機械手等 。 接與 動線相連，處理從自動線輸入的各種位置及檢測信號，同時根據(jù)自動線的運行情況，輸出各種控制信號，控制自動線上的各種氣缸工作，吸盤的吸放和電機的起 、 停等。 模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)的特點 傳統(tǒng)的柔性制造模式都致力于單個企業(yè)內(nèi)部設計和制造過程效率的提高 , 在縮 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 3 頁 共 43 頁 短響應時間方面非常有限 , 而模塊化生產(chǎn)能在更大程度上提高響應速度 , 表現(xiàn)在 : (1) 模塊化生產(chǎn)往往突破了單個企業(yè)的限制 , 在更大范圍內(nèi)實現(xiàn)資源整合 , 各個模塊制造商和模塊 整合商為了在競爭中取勝 , 都專注于提高各自模塊的核心競爭力 , 集中力量 , 不斷提高產(chǎn)品質(zhì)量、縮短設計和制造周期。 (2) 模塊化生產(chǎn)使同步化操作成為可能 , 從而縮短總的交貨時間。 (3) 產(chǎn)品的模塊被生產(chǎn)出來之后 , 再根據(jù)所接到客戶訂單要求 , 在模塊組裝企業(yè)或再下游環(huán)節(jié)進行組裝 , 從而實現(xiàn)延遲生產(chǎn)。 (4) 創(chuàng)新 : 就是設計者能夠修改模塊。在增量創(chuàng)新中 , 模塊的核心技術(shù)和模塊之間的界面規(guī)則都沒有重大變化。 (5) 核心 : 就是要模塊內(nèi)部的核心技術(shù)發(fā)生變化 , 但 界面規(guī)則并沒有變化。 （ 6） 焦點 : 成 為關(guān)注的重點 , 而產(chǎn)品的制造過程則被放到了關(guān)注的次要位置 , 于是簡化了生產(chǎn)環(huán)節(jié) , 從而降低了成本 , 降低了價格 , 增強了產(chǎn)品競爭力。隨著模塊化技術(shù)的革新 , 模塊化的產(chǎn)品生產(chǎn)被轉(zhuǎn)移到了勞動力低廉的發(fā)展中國家 , 勞動力成本大大降低。 具體結(jié)果如表 5 ]。 表 幾種柔性生產(chǎn)模式的比較 工件在 統(tǒng)上被加工的流程和步驟 ，其中紅色、黑色工件的材質(zhì)是塑料， 白色工件的材質(zhì)是鋁合金。工件毛坯直徑相同，高度不同 ， 尺寸為 25格。工件在自動線上的加工幾種柔性生產(chǎn)模式的比較 交貨速度 創(chuàng)新能力 個性化實現(xiàn) 成本 組合機床生產(chǎn)線 中 中 較強 較大 `快 較強 強 大 細胞式生產(chǎn) 較快 較強 強 低 `模塊化生產(chǎn) 快 強 很強 低 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 4 頁 共 43 頁 過程是上料單元從料倉里分離出工件毛坯，用真空吸盤吸住，通過擺動汽缸將工件毛坯放到下一站 —— 在檢測單元的檢測平臺上；檢測單元收到上料單元送來的毛坯后，通過電感和光電傳感器判斷工件毛坯的材質(zhì)和顏色，然后啟動升降汽缸將檢測平臺提起。在檢測單元上部有一位移傳感器檢測工件的高度 ，高度合格的毛坯通過滑道送到加工單元，不合格的毛坯送到檢測單元的毛坯廢品倉。加工單元由四工位回轉(zhuǎn)工作臺(分上料、加工、檢測和下料工位 )、鉆孔、夾緊和檢測裝置構(gòu)成?；剞D(zhuǎn)工作臺由電機驅(qū)動，通過電感式接近開關(guān)來確定工作臺的回轉(zhuǎn)位置。夾緊汽缸在鉆孔過程中夾緊工件，防止松動。加工后的工件在檢測工位進行鉆孔尺寸的檢查，這是確保工件加工質(zhì)量的必要措施。根據(jù)工件加工的合格與否，提取單元將加工后的工件送往碼垛單元的傳送帶上或加工廢品倉。碼垛單元有 3個滑道分別存放紅色、白色和黑色 3類工件。每個滑道的 艙門 由小汽缸驅(qū)動，根據(jù)工件在 檢測單元檢測的結(jié)果，不同的 艙 門開閉實現(xiàn)工件成品的自動分類碼放 [ 7 ]。 工作流程如圖 圖 本課題研究的內(nèi)容 本設計研究的內(nèi)容主要包括以下幾個方面： （ 1） （ 2） 檢測單元 空 壓 機 進料單元 加工單元 輸送單元 操作手單 元 分類儲存單元 機械手工作單元 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 5 頁 共 43 頁 （ 3） 產(chǎn)系統(tǒng)有關(guān)機械方面的設計，如氣動控制回路、氣動執(zhí)行元件、氣動控制元件等（機械部分）； （ 4） 產(chǎn)系統(tǒng)有關(guān)電器方面的設計，如 選型、 I/O 口的接線原理圖及分配 、 電 器部分）。 本課題的目標 硬件部分完成之后，與編程人員協(xié)作，通過程序控制各個單元使他們能夠協(xié)調(diào)工作。 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 6 頁 共 43 頁 2 統(tǒng)總體方案的制定 生產(chǎn)線總體設計方案 根據(jù)被加工工件的特點和生產(chǎn)批量大小 , 相應的生產(chǎn)線配置也有所區(qū)別 , 我們共設計了兩種供選擇的方案，并根據(jù)方案的優(yōu)劣選擇適合我們學校實驗室的方案。兩種設計方案分別為：轉(zhuǎn)臺式生產(chǎn)線和直線式生產(chǎn)線。 方案 一 ：轉(zhuǎn)臺式生產(chǎn)線 轉(zhuǎn)臺式生產(chǎn)線主要由回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺、實驗臺、氣源裝置及機械手等部 分組成。轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)速度可以根據(jù)生產(chǎn)節(jié)拍自動調(diào)節(jié)；轉(zhuǎn)臺可采用分為氣動式或液壓式。 轉(zhuǎn)臺式生產(chǎn)線布局圖如圖 傳動裝置 機械手 轉(zhuǎn)臺 工位 圖 鉆臺式生產(chǎn)線 方案二：直線式生產(chǎn)線 直線式生產(chǎn)線的工件加工順序為： 供料檢測單元、 機械手搬運單元、加工 單元、安裝單元、機械手搬運單元、分 類單元 ，布局圖如下 圖 示 [ 8 ]。 加工順序 圖 直線式生產(chǎn)線 供料檢 測單元 機械手搬運單元 加工 單元 機械手搬運單元 分類 單元 安裝 單元 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 7 頁 共 43 頁 總體設計方案的選擇 方案 1中，生產(chǎn)線的工位呈圓形分布，特點是工藝布局簡單 , 只適合于大批量、同品種 工件 生產(chǎn) 。 而我們設計 要 的 是 ： 貼近實際 生產(chǎn) 的生產(chǎn)線 ，它的產(chǎn)品具有 多樣性，并且 可以根據(jù) 工件 的要求靈活調(diào)整 。 同時由于生產(chǎn)的產(chǎn)品 大小不一，如果按圓形分布，對 直徑方向的尺寸要求 較嚴格 ，而車間 的 空間有限，顯然 方案 1是不符合生產(chǎn)要求的。 方案 2中，生產(chǎn)線呈直線形分布，可以很大節(jié)約空間， 節(jié)約了成本；工件的 移動是通過機械手搬運的， 避免了復雜和大型 傳動結(jié)構(gòu)的設計。 因此我選擇方案 2， 該直線性的生產(chǎn)線可以很好的滿足我們實驗室的需要。 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 8 頁 共 43 頁 3 直線式生產(chǎn)線總體設計 系統(tǒng)的基本組成 根據(jù)我們實驗室小型化生產(chǎn)線的需要，我們將生產(chǎn)線系統(tǒng)的基本構(gòu)成分成以下六個單元： 供料檢測單元；搬運單元；加工單元；安裝單元； 搬運單元和 分類單元。 系統(tǒng)的基本布局 本設計對生產(chǎn)線總體設計采用方案 2 中 直線排列的方式。 布局介紹：該方案的生產(chǎn)線 總體是按照六個工位進行規(guī)劃的，系統(tǒng)用機械手搬運工件。生產(chǎn)線布局如圖 圖 產(chǎn) 系統(tǒng)現(xiàn)場 各單元的基本功能 供料檢測單元的基本功能 在自動操作模式下，料倉中有工件，各個執(zhí)行機構(gòu)都在其初始位置。 當接觸啟 動按鈕時，供料單元的執(zhí)行機構(gòu)將把存在料倉中的工件取出并傳送出去，并且只要料倉中有工件，此工作就繼續(xù)，即 自動連續(xù)運行。在運行的過程中，當接觸停止按鈕后 ，或者當料倉中無工件時，供料單元應該在完成了當前的工作循環(huán)之后停止運行，并且各個執(zhí)行機構(gòu)應該回到初始位置。在啟動前，供料單元的執(zhí)行機構(gòu)若不在初始位置，料倉中若無工件，則不許啟動。 檢測 單元 首先對工件的顏色及材質(zhì)進行識別，并將識 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 9 頁 共 43 頁 別的結(jié)果儲存起來 。 然后將工作平臺升至 工件 上端 ，對 工件 進行高度的測量，根據(jù)測量的結(jié)果對工件進行分流 ， 設定滿足某一個尺寸范圍的工件（合格品）從上滑槽分流出去，將不滿足 條件 的工件（不合格品）從下滑槽分流出去 。 最后 ， 執(zhí)行機構(gòu)都返回到初始位置 。 如下圖 一站 工作 流程圖： o 圖 第一站工作流程圖 開始 開機供料電機 判斷是否有料？ 氣缸上升 上升是否到位？ 檢測黑白 輸出顏色信號和到位信號 工件是否被取走？ 氣缸下降 結(jié)束 下降 是否到位？ 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 10 頁 共 43 頁 搬運單元的基本功能 在手動操作模式，各執(zhí)行機構(gòu)處于初始 狀態(tài) 的情況下，當按下 啟動 按鈕后，擺動汽缸將驅(qū)動擺臂 從 右端擺到左端，然后擺臂汽缸 、 提取汽缸依次伸出 。 提取汽缸伸出到達下端時吸取工件，吸到工件后，再按照 先 提取汽缸后擺臂汽缸的順序依次縮回 。接著 擺臂汽缸 擺回到右端，按照工件是否合格的情況 下 將工件送出或放入到本單元的滑槽中，合格工件送出，不合格工件放入滑槽。送出時，擺臂汽缸、提取汽缸依次伸出，然后放下工件再返回。在控制中，可通過一個具有自鎖功能的控制開關(guān)的信號來設定工件是否合格的狀態(tài) [ 9 ]。 如下圖 第二站 工作 流程圖： o ：回原位就是上電后機械手臂轉(zhuǎn) 向前站 圖 第二 站工作流程圖 開始 前站有工件 ？ 機械手前臂伸出 回原位 機械手下降 機械手右轉(zhuǎn)到位 前臂縮回 夾工件 放工件 前臂伸出 機械手下降 機械手上升 后站工位是否空 ？ 機械手左轉(zhuǎn) 前臂縮回 結(jié)束 機械手上升 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 11 頁 共 43 頁 加工單元的基本功能 在手動操作模式 ，各執(zhí)行機構(gòu) 都處于初始狀態(tài)， 且在 1號工位上有工件的情況下，當接觸啟動按鈕時，旋轉(zhuǎn)工作臺 轉(zhuǎn)動一個工位， 對工件 將 進行 鉆孔加工；鉆孔加工后，旋轉(zhuǎn)工作臺再轉(zhuǎn)動一個工位，將經(jīng)過鉆孔加工的工件送到 3號工位進行鉆孔質(zhì)量的檢測，并將檢測的結(jié)果儲存起來；最后，檢測后的工件被送到 4號工位，同時檢測結(jié)果被轉(zhuǎn)存到另一個存儲單元中 ， 4號工位的工件由人工取走。 如下圖 三站流程圖： o o 第三 站工作流程圖 開始 工位一有工件 ？ 工作臺旋轉(zhuǎn)次數(shù)N=2？ 下降到位 ？ 鉆孔電機旋轉(zhuǎn)下降 工作臺是否到位 ？ 鉆孔電機上升 工作臺停轉(zhuǎn) 工作臺旋轉(zhuǎn) 向前站發(fā)信息 給第四站發(fā)出信號 檢測器上升 探測臂伸出 檢測正次品發(fā)出信號 檢測器下降 探測 探測臂縮回 結(jié)束 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 12 頁 共 43 頁 安裝單元的基本功能 該 站上有兩個料筒，里面裝有黑白兩種小 工件 。 當大工件被加工檢測過后，第五站將合格的大工件搬運到安裝臺上，此時第四站通過同步帶帶動吸嘴將小工件豎直向下安裝到大工件鉆好的孔里面 。 安裝好后，回復到原位，同時給第五站一個信號，讓機械手將安裝好的組合件搬走。 如下圖 第四站 工作 流程圖： o 第四 站工作流 程圖 送信號至 5站 開始 3秒是否到位？ 推料氣缸工作 裝配氣缸上升 傳送工件顏色信號 裝配氣缸送工 件至 5站 裝配氣缸下降返回 裝配氣缸下降抓工件 停止工作 是否為廢品？ 三站有無工件送出？ 報警 結(jié)束 送料氣缸向后或向前 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 13 頁 共 43 頁 搬運單元的基本功能 第五站接收到第三站（加工站）的檢測信號后，將廢品通過機械手直接放入廢料筒，將合格品搬運到安裝臺上，等第四站（安裝站）將小工件安裝好后，機械手將組合件搬運到分類站。 如下圖 五站 工作 流程圖 ，圖 o 第五 站工作流程圖 開始 廢品 氣爪下降 氣爪抓緊 1接受前站工件顏色信號 氣爪上升到位 轉(zhuǎn)回上一站 長氣缸縮進到位 氣爪下降到位放松 氣爪上升到位 長短氣缸伸出到位 氣爪抓緊 1氣爪放松 1氣爪下降到位 短氣缸縮進到位 氣爪上升到位 氣爪下降到位 前站工件到位？ 工件裝配完否？ 長氣缸縮進到位 氣爪上升到位 氣爪抓緊 1氣爪上升到位 氣爪下降到位 氣爪放松 1氣爪上升 長氣缸伸出到位 結(jié)束 結(jié)束 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 14 頁 共 43 頁 圖 機械手 工作流程圖 分類單元的基本功能 將第五站搬運過來的組合件按照大小工件的黑白組合進行分類放入倉庫，同時觸摸屏對零件的入庫情況進行統(tǒng)計，也可以對 元件監(jiān)控 。如下開始 回原位 機械手前臂伸出 機械手下降 夾工件 機械手上升 前臂縮回 前臂縮回 放工件 機械手右轉(zhuǎn)到位 機械手左轉(zhuǎn) 機 械手下降 前臂伸出 結(jié)束 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 15 頁 共 43 頁 圖 體倉庫）工作流程圖： o 第六 站工作流程圖 計數(shù) 2 橫豎軸步進電機移動 橫軸、豎軸步進電機裝入脈沖數(shù)量 顏色判別 黑白？ 計數(shù) 1 顏色判別 黑黑？ 顏色判別 白黑？ 顏色判別 白白？ 計數(shù) 3 計數(shù) 4 橫豎軸移動到位 工件推入倉庫 開始 回原位 5站是否有工件送到？ 結(jié)束 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 16 頁 共 43 頁 各單元的總體設計 供料站的總體設計 供料檢測單元其主要結(jié)構(gòu)組成為： I/O 接線端口 、 真空發(fā)生器 、 真空檢測傳感器 、對射式光電傳感器 、 磁感應式接近開關(guān) 、 組 、 消聲器 、 氣源處理組件 、 進料模塊 、運轉(zhuǎn)模塊 、 走線槽 和 鋁 合 金板等。 (1) 接 線端口 I/O 接線端口，它是該工作單元與 間進行通信的線路連接端口。該工作單元中的所有電信號（直流電源、輸入、輸出）線路都接 在 該端口上，通過信號電纜線連接到 有 24個輸入接線端子和 24個輸出接線端子，在每一路輸入、輸出上都有 于顯示相應的輸入、輸出信號狀態(tài)，供系統(tǒng)調(diào)試使用。并且，在每個端子旁都有數(shù)字標號，以說明端子的位地址。接線端口通過導軌固定在鋁合金板上。 (2) 氣源處理組件 氣源處理組件 ， 它是氣動控制系統(tǒng)中的基本組成器件， 作用是去除壓縮空氣中 所含的雜質(zhì)及凝結(jié)水、調(diào)節(jié)并保持恒定的工作 壓力。在該氣源處理組件的氣路出口處安裝一個氣路開關(guān)，用于關(guān)閉氣源，使之不再向工作氣路送氣。在使用時，應注意經(jīng)常檢查過濾器中凝結(jié) 水的水位，在快超過最高標線時 ，必須排放，以免重新吸入。 (3) 進料模塊 進料 模塊 ， 用于存儲工件原料，并在需要時將料倉中的工件分離出來，為轉(zhuǎn)送模塊取走一個工件做好準備。該模塊主要由料倉、推料桿、雙作用氣缸、磁感應式接近開關(guān)、對射式 光電傳感器組成。其中，推料桿的作用是將工件從料倉的底部推出，它是 固定在 氣缸 活塞桿上的，由氣缸驅(qū)動它的動作。 它的工作原理是：工件垂直疊放在料倉中，推料桿位于料倉的底 層并可從料倉的底部通過，當料桿在退回的位置時，它與最下層的工件處于同一水平位置。當氣缸驅(qū)動推料桿推出時，推料桿便將最下層的工件水平推到預定的位置，從而把工件移出料倉；而當氣缸驅(qū)動推料桿返回并從料倉底部抽出時，料倉中的工件在重力的作用下，就自動向下移動一個工件，為下一次的工件分離做好準備。 其氣動控制回路如圖 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 17 頁 共 43 頁 圖 氣動控制回路 1— 氣源 2— 電磁換向閥 3— 單向節(jié)流閥 4— 推料氣缸 5— 不可調(diào)節(jié)流閥 6— 壓力繼電器 7— 泄壓口 89— 擺動氣缸 10— 單向節(jié)流 閥 11— 氣控單向閥 12上 圖中 1為氣源部分通過手動換向控制氣源是否為系統(tǒng)提供符合要求的壓縮氣體 ; 4 為推料氣缸 , 它將工件從料倉推出至預定位置 , 單向節(jié)流閥 3 可調(diào)整推料氣缸的往復速度 , 電磁換向閥 2 控制推料氣缸的往復運動。 9 為擺動氣缸 , 它將工件從料倉出口送至下一個工作單元 , 單向節(jié)流閥 10 可調(diào)整擺動氣缸的擺動速度 , 電磁換向閥 12 除了控制擺動氣缸的往復運動外 , 還和氣控單向閥 11 結(jié)合起來 , 成為一種安全保護措施。一條現(xiàn)代化的自動生產(chǎn)線 , 在設計過程中除了考慮所要實現(xiàn)的動作以外 , 還 應考慮安全問題。當在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)故障時 , 必須要馬上急停 , 并且要求急停后保持在當前的位置上 ， 這種情況下可采用三位換向閥的位置控制回路。其中位機能有封閉式、加壓式和泄壓式等。若使用中位封閉式換向閥的位置控制回路 , 當換向閥處于中位時 , 氣缸兩腔和氣管中的壓縮空氣被封閉在其中 , 由于氣體的可壓縮性能 , 致使氣缸和氣管中的氣體被壓縮 , 氣缸不能馬上停下來 , 而會有一定的運動位移 , 所以這種回路應用于對氣缸停留位置要求不十分嚴格的場合 。 若使用中位加壓式換向閥的位置控制回路 , 由于此時使用對稱的執(zhí)行器 (直線氣缸 或擺動氣缸 ) , 氣壓有效作用面積相等 , 那么當外負載的合力等于零時 , 活塞也能停留在行程的任意位置上 , 但是一般情況下外負載的合力不等于零 , 因此活塞的停留位置就不固定。本系統(tǒng)中 ， 閥11 和 12 結(jié)合起來 , 可保證急停后擺動氣缸立即停留在當前位置上。具體實施時 ， 閥10和 11與擺動氣缸安裝在一起 , 這樣可最大限度地減小氣體的有效壓縮體積 [ 10～ 12 ]。 在推料缸的兩個極限位置分別裝有一個磁感應接近開關(guān) ，如圖 示 。磁感 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 18 頁 共 43 頁 應式接近開關(guān)的基本工作原理是：當磁性物質(zhì)接近傳感器時，傳感器便會動作，并輸出傳感器信 號。若在氣缸的活塞運動上安裝磁性物質(zhì)，在氣缸缸筒外面的兩端位置各安裝一個磁感應接近開關(guān)，就可以用這兩個傳感器分別標識氣缸運動的兩個極限位置。當氣缸控制中，可以利用該信號判斷推料缸的運動狀態(tài)或所處的位置，目的是間接判斷工件是否從料倉中分離出來及是否送到預定的位置。在傳感器設置有 調(diào)試時使用。傳感器動作時，輸出信號 1， ；傳感器 在 不 做 動作時，輸出信號 0， 圖 電感式接近開關(guān) 在該模塊料倉的底層位置，安裝有對射式光電傳 感器的探頭，用于檢測料倉中 的存儲料的情況。該對射式光電式傳感器由光纖和光電傳感器主體組成。 光電傳感器 （如圖 示） 在工作中其光發(fā)射頭始終是有光發(fā)出的，光發(fā)射與接受頭相對布置，當光發(fā)射頭與光接受頭之間無障礙時，光線可以到達接受端，使傳感器動作而輸出信號 1；當光發(fā)射頭與光接受頭之間有障礙物時，則光線被遮擋住，不能到達接受端，從而使傳感器不能動作，而輸出信號 0。在傳感器上有輸出信號狀態(tài)的 于顯示傳感器的信號狀態(tài)，以便于觀察。傳感器輸出信號 1時， 出信號 0時， 圖 紅外線光電開關(guān) 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 19 頁 共 43 頁 由此可知，在該工作單元中，料倉中有無存儲料的情況，可以通過安裝在料倉的底部的對射式光電傳感器 （如圖 示） 的信號狀態(tài)反映出來。在控制程序中，就可以利用該信號狀態(tài)來判斷料倉中有無存儲料的情況，為實現(xiàn)自動控制奠定了硬件基礎(chǔ) [ 13 ]。 圖 位移傳感器 (4) 運轉(zhuǎn)模塊 運轉(zhuǎn) 模塊 的功能是 ： 抓取工件，并將工件傳送到托盤上 。 其主要 由 轉(zhuǎn)動氣缸 、擺臂、真空吸盤、真空壓力檢測傳感器、真空吸盤方向保持裝置和行程開關(guān)組成。轉(zhuǎn)動氣缸是擺臂的驅(qū)動裝置，其轉(zhuǎn)軸的最大轉(zhuǎn)角為 180° ,轉(zhuǎn)角可以根據(jù)需要進行調(diào)整。 轉(zhuǎn)動氣缸的 轉(zhuǎn)角調(diào)整方法如下： 步驟 1：松開凸輪固定螺栓； 步驟 2：移動相應的行程開關(guān)到預定停止位置； 步驟 3：旋轉(zhuǎn)固定螺栓。 在轉(zhuǎn)動氣缸的兩個極限位置上裝有一個行程開關(guān)，利用行程開關(guān)的信號狀態(tài)來標識兩個極限位置，其作用與傳感器相同。在控制程序中，通過對該信號狀態(tài)的判斷來知轉(zhuǎn)動氣缸是否處于或達到極限位置。行程開關(guān)的狀態(tài)是通過行程凸塊的擠壓來實現(xiàn)的。 (5) 閥組，就是將多個閥集中在一起構(gòu)成的一組閥，而每個閥的功能是彼此獨立的。該閥組由二位五通的帶手控開關(guān)的單側(cè)電磁先導控制閥、二位五通的帶手控開關(guān)的雙側(cè)電磁先導控制閥和 三位五通的帶手控開關(guān)的雙側(cè)電磁先導控制閥組成。用它們分別對推料缸、真空發(fā)生器和轉(zhuǎn)動氣缸的氣路進行控制，以改變各自的動作開關(guān)。手控開關(guān)是向下凹進去的，需使用專門工具才可以進行操作。向下按時，信號為 1，等同于該側(cè)的電磁信號為 1；常態(tài)下，手控開關(guān)的信號為 0。在進行設備調(diào)試時，可以使用 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 20 頁 共 43 頁 手控開關(guān)對閥進行控制，從而實現(xiàn)對響應氣路的控制，以改變推料桿等執(zhí)行機構(gòu)的狀態(tài)，達到調(diào)試的目的。 (6) 識別模塊 該模塊主要由 3 個傳感器組成， 即電感傳感器、電容傳感器和漫射式光電傳感器，用于識別工件的材質(zhì)及顏色?？梢宰R別金屬與非金屬的材質(zhì)， 可以將銀白、紅、黑三種顏色區(qū)分開。 識別模塊中的電感式傳感器，電容傳感器及漫射式光電傳感器都屬于接近開關(guān)類傳感器。它們分別在以下情況下動作： (a) 電感傳感器在有金屬物質(zhì)接近它時動作； (b) 電容傳感器在任何物質(zhì)接近它時都動作； (c) 漫射式光電傳感器在接近它的物體反射回來的光線達到一定程度時動作。 由它們的特性可知，單獨使用三個中的任何一個傳感器都不可能實現(xiàn)對一個工件的材質(zhì)和顏色同時檢測。但是，若它們組合起來對工件進行聯(lián)合檢測，就可以實現(xiàn)上述目的。傳感器信號的真值表如表 表 識 別模塊傳感器信號的真值表 傳感器 材質(zhì)及顏色 金屬、銀白色 非金屬、紅色 非金屬、黑色 電感式接近開關(guān) 光電式接近開關(guān) 電容式接近開關(guān) 1 0 0 1 1 0 1 1 1 (7) 測量模塊 測量模塊的作用是測量工件的高度。它由一個模擬量傳感器和傳感器支架構(gòu)成。該模擬量傳感器實際上是一個由電位器構(gòu)成的分壓 器。該傳感器與位置指示器一起構(gòu)成一個測量工件高度尺寸的傳感系統(tǒng)，由電阻式傳感器將測量桿的位移量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娢黄麟娮柚档淖兓?，再?jīng)位置指示器轉(zhuǎn)換為 0出的電壓值與測量桿位移量成比例關(guān)系。 測量模塊的支架是固定在一個小型氣缸的氣缸桿上的，該氣缸的缸體是固定在升 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 21 頁 共 43 頁 降模塊的支架上的，當氣缸桿向下伸出時，就帶著測量模塊向下運動，從而實現(xiàn)測量的目的。 (8) 升降模塊 升降模塊的作用是將工件由下方送到上方，準備檢測和分流。它主要由一個無桿氣缸、一個單作用直線氣缸、一個工作平臺、支架及傳感器組成。 其中，無 桿氣缸的作用是實現(xiàn)工作平臺的升降，直線單作用氣缸的作用是實現(xiàn)工件從工作臺上推出。工作臺與單作用氣缸通過螺栓固定在一起，同時在通過螺栓固定在無桿氣缸的滑塊上。 無桿氣缸的缸體是固定不動的，缸體是空心的，缸體內(nèi)部的活塞為永磁物質(zhì)，在其外面的滑塊內(nèi)側(cè)鑲嵌著異性磁極的永磁物質(zhì) 。 這樣，當活塞在缸體內(nèi)運動時，外滑塊就在缸體外隨之運動。 固定在無桿氣缸兩端的傳感器是磁感應式接近開關(guān)，其作用是用于判斷滑塊運動的兩個極限位置。 (9) 滑槽模塊 滑槽模塊提供了兩個物流方向。上滑槽可以將工件分流到下個工作單元，下滑 槽可用于模擬不合格工 件的流向。 支架為一根鋁合金型材 料 ，為空心結(jié)構(gòu)，在其四個側(cè)面都用于固定的槽。 (10) 電器通信接口地址 的所有單元都是用 制的，每個單元與 間的通信電路連接是通過上面介紹的 I/O 接線端口實現(xiàn)的。在 統(tǒng)中，各單元中的需要與 括各個傳感器的線路、各個電磁閥的控制線路及電源線路）都已事先連接到了各自的 I/O 接線端口上 。 這樣，當用通信電纜與 些期間在 要確定位 地址就要看通 信電纜所接的是哪個模板的接口，然后根據(jù)該模板所在 的槽號來確定位 地址；位地址的確定是很簡單的，只要知道各期間是接到 I/一位 即可，因為 I/號）與 號）是一一對應的。 (11) 供料單元的主要技術(shù)數(shù)據(jù) 氣源工作壓力：最小 6大 8 I/O 接口：開關(guān)量， 6 個輸入 /5 個輸出。輸入用于傳感器信號的傳輸，輸出用于執(zhí)行機構(gòu)的控制信號的傳輸。 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 22 頁 共 43 頁 搬運站的總體設計 (1) 搬運站的基本功能 該單元可以模擬提取工件、按照要求將工件分流的過程。 (2) 搬運站的基本結(jié)構(gòu) 該單元主要由提取模塊、滑槽模塊、氣源處理組件、 I/空發(fā)生器、真空檢測傳感器組成。 (a) 接線端口 I/O 接線端口，它是該工作單元與 間進行通信的線路連接端口。該工作單元中的所有電信號（直流電源、輸入、輸出）線路都接到該端口上，再通過信號電纜線連接到 有 24個輸入接線端子和 24個輸出接線端子，在每一路輸入、輸出上都有 于顯示相應的輸入、輸出信號狀態(tài)，供系統(tǒng)調(diào)試使用。并且，在每個端子旁都有數(shù)字標號，以說明端子的位地址。接線端口通過導軌固定在鋁合金板上。 (b) 提取模塊 該模塊實際上是一個“氣動機械手”，它主要由兩個直線氣缸（提取氣缸和擺臂氣缸）、一個轉(zhuǎn)動氣缸及支架等組成。 提取氣缸安裝在擺臂氣缸的氣缸桿的前端，用于實現(xiàn)垂直方向的運動，以便于提取工件。該氣缸在結(jié)構(gòu)上不同于一般的直線氣缸，其氣缸桿為空心結(jié)構(gòu)，兼做氣路使用；活塞位于氣缸桿的中間，以便于使氣缸的兩端都能露在缸 體的外面。在氣缸桿的上端安裝一個 導氣管，在氣缸桿的下端安裝著機械手，通過機械手提取工件。在提取氣缸的兩個極限位置分別安裝有磁感應式接近開關(guān)，用語判斷氣缸的動作是否到位（極限位置）。 擺臂氣缸構(gòu)成 氣動機械手的“手臂”，可以實現(xiàn)水平方向的伸出、縮回動作，在氣缸的兩個極限位置分別安裝有磁感應式接近開關(guān)，用于判斷氣缸的動作是否到位（極限位置）。擺臂氣缸安裝在轉(zhuǎn)動氣缸的輸出轉(zhuǎn)軸上。 轉(zhuǎn)動氣缸用于實現(xiàn)擺臂氣缸的轉(zhuǎn)動，其轉(zhuǎn)角為 180°。在氣缸的兩個極限位置分別安裝有磁感應式接近開關(guān)，用于判斷氣缸的動作是否到位（極限位置）。該轉(zhuǎn)動氣缸的結(jié)構(gòu)不同于供料單元的轉(zhuǎn)動氣缸。 (c) 本單元的 組有 4 個電磁閥組成，其中 3 個為帶手控開關(guān)的雙側(cè)電磁先導控 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 23 頁 共 43 頁 制閥，另一個為帶手控開關(guān)的單側(cè)電磁先導閥。 (d) 搬運單元 的主要技術(shù)數(shù)據(jù) 氣源工作壓力：最小 6大 8 I/O 接口：開關(guān)量， 7 個輸入 /7 個輸出。輸入用于傳感器信號的傳輸，輸出用于執(zhí)行機構(gòu)的控制信號的傳輸。 加工站的總體設計 (1) 加工單元的基本功能 加工單元可以模擬鉆孔加工及鉆孔質(zhì)量檢測的過程，并通過旋轉(zhuǎn)工作臺模擬物流傳送的過程。 (2) 加工單元的基本結(jié)構(gòu) 加工單元主要由旋轉(zhuǎn)工作臺模塊、鉆孔模塊、鉆孔檢測模塊的組成。 (a) 接線端口 I/O 接線端口，它是該工作單元與 間進行通信的線路連接端口。該工作單元中的所有電信號（直流電 源、輸入、輸出）線路都接到該端口上，再通過信號電纜線連接到 有 24個輸入接線端子和 24個輸出接線端子，在每一路輸入、輸出上都有 于顯示相應的輸入、輸出信號狀態(tài)，供系統(tǒng)調(diào)試使用。并且，在每個端子旁都有數(shù)字標號，以說明端子的位地址。接線端口通過導軌固定在鋁合金板上。 (b) 旋轉(zhuǎn)工作臺模塊 旋轉(zhuǎn)工作臺模塊主要由旋轉(zhuǎn)工作臺、工作臺固定底盤、傳動齒輪、直流電機、定位凸塊、電感式接近開關(guān)傳感器、漫反射式光電傳感器、支架組成。在轉(zhuǎn)動工作臺上有 4個工位，用于存放工件；在每個工位的下面都有一個圓孔，用 于光電傳感器對工件的識別。直流電動機用于驅(qū)動工作臺旋轉(zhuǎn) ，它通過一對齒輪減速后將動力傳到工作臺。通過工作臺的轉(zhuǎn)動實現(xiàn)各工 位上的工件的“流動”。 電感式接近開關(guān)傳感器用于判斷工作臺的轉(zhuǎn)動位置，以便于進行定位控制。對于工作臺的 4個工位，分別有 4個金屬的定位凸塊與之相對應，各凸塊與工作臺相對固定。當凸塊接近電感式接近開關(guān)時，就會使電感式接近開關(guān)動作，輸出“ 1” 信號。用該信號可判斷工作臺是否轉(zhuǎn)到了工 位。 光電式傳感器固定在加工單元的鋁合金底版上，在第一個工位的下方。當工作臺轉(zhuǎn)到第一個共位時，由于工作臺在各個共位處都留 有圓孔，光電式傳感器發(fā)出的光線 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 24 頁 共 43 頁 將直接穿過圓孔，而不被遮擋，即沒有反射光線返回給傳感器，則傳感器的輸出信號為“ 0”，如果此時在該共位上放上工件，則孔被工件擋住，工件將光線反射給傳感器，則傳感器會輸出信號“ 1”。利用光電傳感器信號的變化即可判斷是否有工件放到了第一個工位上。 (c) 鉆孔模塊 鉆孔模塊實現(xiàn)的是鉆孔加工過程。 鉆孔模塊主要由鉆孔氣缸、鉆孔電機、鉆孔向?qū)аb置、加緊氣缸、鉆孔模塊支架等組成。鉆孔電機用于實現(xiàn)鉆孔的動作，是鉆孔的執(zhí)行機構(gòu)；鉆孔氣缸用于實現(xiàn)鉆孔的進給動作（進給的速度可通過調(diào)節(jié)氣缸氣路的節(jié)流 閥來調(diào)節(jié)）；夾緊 氣缸用于在鉆孔時夾緊工件；鉆孔導向裝置由導向柱和導向套組成，用于保證鉆孔電機 沿著固定方向準確地運行。 在 鉆孔氣缸的兩端、夾緊氣缸的兩端都安裝有磁感應式接近開關(guān)，分別用于 判斷兩個氣缸運動的兩個極限位置。 (d) 檢測模塊 檢測模塊用于實現(xiàn)對鉆孔加工結(jié)果的模擬檢測過程。檢測模塊主要由檢測氣缸、檢測氣缸固定架、檢測模塊支架及磁感應式接近開關(guān)組成。 其工作原理是：在檢測工件的時候，若氣缸能下降到位，認為孔的深度加工合格，若氣缸不能下降到位，則認為孔加工不合格。氣缸的位置通過安裝在氣缸兩端的磁感應式接 近開關(guān)來判斷。 (e) 繼電器 由于電機 的工作電流比較大， 數(shù)字量輸出端口的驅(qū)動能力不夠，因此采用由 過繼電器的觸點控制電機的供電電路的通斷，再用 而實現(xiàn)對電機的邏輯控制。 (f) 中一個為帶手控開關(guān)的雙側(cè)電磁先導控制閥，其余兩個均為帶手控開關(guān)的單側(cè)電磁先導控制閥。 (g) 加工單元的主要技術(shù)數(shù)據(jù) 氣源工作壓力：最小 6大 8 I/O 接口：開關(guān)量， 8 個輸入 /6 個輸出。輸入用于傳 感器信號的傳輸，輸出用于執(zhí)行機構(gòu)的控制信號的傳輸。 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 25 頁 共 43 頁 安裝站的總體設計 (1) 安裝站 的基本功能 該單元可以 將大小不同的工件進行組裝 。 (2) 安裝 站的基本結(jié)構(gòu) 該單元主要由 安裝臺、 提取模塊、滑槽模塊、氣源處理組件、 I/O 接線端口、 空發(fā)生器、真空檢測傳感器組成。 (a) 接線端口 I/O 接線端口，它是該工作單元與 間進行通信的線路連接端口。該工作單元中的所有電信號（直流電源、輸入、輸出）線路都接到該端口上，再通過信號電纜線連接到 有 24個輸入接線端子和 24個輸出接線端 子，在每一路輸入、輸出上都有 于顯示相應的輸入、輸出信號狀態(tài)，供系統(tǒng)調(diào)試使用。并且，在每個端子旁都有數(shù)字標號，以說明端子的位地址。接線端口通過導軌固定在鋁合金板上。 (b) 提取模塊 該模塊實際上是一個“氣動機械手”，它主要由兩個直線氣缸（提取氣缸和擺臂氣缸）、一個轉(zhuǎn)動氣缸及支架等組成。 提取氣缸安裝在擺臂氣缸的氣缸桿的前端，用于實現(xiàn)垂直方向的運動，以便于提取工件。該氣缸在結(jié)構(gòu)上不同于一般的直線氣缸，其氣缸桿為空心結(jié)構(gòu)，兼做氣路使用；活塞位于氣缸桿的中間，以便于使氣缸的兩端都能露在缸體的外面。在 氣缸桿的上端安裝著導氣管，在氣缸桿的下端安裝著機械手，通過機械手提取工件。在提取氣缸的兩個極限位置分別安裝有磁感應式接近開關(guān)，用語判斷氣缸的動作是否到位（極限位置）。 擺臂氣缸構(gòu)成氣動機械手的“手臂”，可以實現(xiàn)水平方向的伸出、縮回動作，在氣缸的兩個極限位置分別安裝有磁感應式接近開關(guān)，用于判斷氣缸的動作是否到位（極限位置）。擺臂氣缸安裝在轉(zhuǎn)動氣缸的輸出轉(zhuǎn)軸上。 轉(zhuǎn)動氣缸用于實現(xiàn)擺臂氣缸的轉(zhuǎn)動，其轉(zhuǎn)角為 180°。在氣缸的兩個極限位置分別安裝有磁感應式接近開關(guān)，用于判斷氣缸的動作是否到位（極限位置）。該轉(zhuǎn)動氣缸的 結(jié)構(gòu)不同于供料單元的轉(zhuǎn)動氣缸。 (c) 本單元的 組有 4 個電磁閥組成，其中 3 個為帶手控開關(guān)的雙側(cè)電磁先導控 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 26 頁 共 43 頁 制閥，另一個為帶手控開關(guān)的單側(cè)電磁先導閥。 (d) 安裝 單元的主要技術(shù)數(shù)據(jù) 氣源工作壓力：最小 6大 8 I/O 接口：開關(guān)量， 7 個輸入 /7 個輸出。輸入用于傳感器信號的傳輸，輸出用于執(zhí)行機構(gòu)的控制信號的傳輸。 搬運站的總體設計 (1) 搬運站的基本功能 該單元可以模擬提取工件、按照要求將工件分流的過程。 (2) 搬運站的基本結(jié)構(gòu) 該單元主要由提取模塊、滑槽模塊、氣 源處理組件、 I/空發(fā)生器、真空檢測傳感器組成。 (a) 接線端口 I/O 接線端口，它是該工作單元與 間進行通信的線路連接端口。該工作單元中的所有電信號（直流電源、輸入、輸出）線路都接到該端口上，再通過信號電纜線連接到 有 24個輸入接線端子和 24個輸出接線端子，在每一路輸入、輸出上都有 于顯示相應的輸入、輸出信號狀態(tài)，供系統(tǒng)調(diào)試使用。并且，在每個端子旁都有數(shù)字標號，以說明端子的位地址。接線端口通過導軌固定在鋁合金板上。 (b) 提取模塊 該模塊實際上是一個“ 氣動機械手”，它主要由兩個直線氣缸（提取氣缸和擺臂氣缸）、一個轉(zhuǎn)動氣缸及支架等組成。 提取氣缸安裝在擺臂氣缸的氣缸桿的前端，用于實現(xiàn)垂直方向的運動，以便于提取工件。該氣缸在結(jié)構(gòu)上不同于一般的直線氣缸，其氣缸桿為空心結(jié)構(gòu)，兼做氣路使用；活塞位于氣缸桿的中間，以便于使氣缸的兩端都能露在缸體的外面。在氣缸桿的上端安裝 一個 導氣管，在氣缸桿的下端安裝著機械手，通過機械手提取工件。在提取氣缸的兩個極限位置分別安裝有磁感應式接近開關(guān)，用語判斷氣缸的動作是否到位（極限位置）。 擺臂氣缸構(gòu)成氣動機械手的“手臂”，可以實現(xiàn)水平 方向的伸出、縮回動作，在氣缸的兩個極限位置分別安裝有磁感應式接近開關(guān)，用于判斷氣缸的動作是否到位（極限位置）。擺臂氣缸安裝在轉(zhuǎn)動氣缸的輸出轉(zhuǎn)軸上。 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 27 頁 共 43 頁 轉(zhuǎn)動氣缸用于實現(xiàn)擺臂氣缸的轉(zhuǎn)動，其轉(zhuǎn)角為 180°。在氣缸的兩個極限位置分別安裝有磁感應式接近開關(guān)，用于判斷氣缸的動作是否到位（極限位置）。該轉(zhuǎn)動氣缸的結(jié)構(gòu)不同于供料單元的轉(zhuǎn)動氣缸。 (c) 本單元的 組有 4 個電磁閥組成，其中 3 個為帶手控開關(guān)的雙側(cè)電磁先導控制閥，另一個為帶手控開關(guān)的單側(cè)電磁先導閥。 (d) 搬運單元的主要技術(shù)數(shù)據(jù) 氣源工作壓力：最小 6大 8 I/O 接口：開關(guān)量， 7 個輸入 /7 個輸出。輸入用于傳感器信號的傳輸，輸出用于執(zhí)行機構(gòu)的控制信號的傳輸。 分類站的總體設計 (1) 分類站的基本功能 分類站可以實現(xiàn)對工件按照材質(zhì)或顏色分類的過程?？蓪⒐ぜ凑疹伾诸惖?3個滑槽中。 (2) 分類單元的基本結(jié)構(gòu) 分類單元主要由分揀模塊、滑槽模塊、氣源模塊、起源處理組件、 I/電器、對射式光電傳感器和反射式光電傳感器組成。 (a) 接線端口 I/O 接線端口，它是該工作單元與 間進行通信的線路連接端口 。該工作單元中的所有電信號（直流電源、輸入、輸出）線路都接到該端口上，再通過信號電纜線連接到 有 24個輸入接線端子和 24個輸出接線端子，在每一路輸入、輸出上都有 于顯示相應的輸入、輸出信號狀態(tài)，供系統(tǒng)調(diào)試使用。并且，在每個端子旁都有數(shù)字標號，以說明端子的位地址。接線端口通過導軌固定在鋁合金板上。 (b) 分類模塊 該模塊通過傳送帶及導向裝置實現(xiàn)對工件分揀。它主要由傳送模塊、導向模塊、導向模塊、固定導向塊組成。導向模塊其作用是在需要時將工件導入到相應的滑槽中。它主要由導向塊、導向裝置機構(gòu) 及導向氣缸組成。傳送模塊的傳送帶由一個直流電機通過渦輪渦桿減速器減速后驅(qū)動。當運行一定時間后，或因其他原因造成傳送帶打滑時，可以通過整張緊輪的位置調(diào)整傳送帶的張緊度來消除打滑。 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 28 頁 共 43 頁 (c) 擋料氣缸 擋料氣缸起的 作用 是： 當滑 槽中儲存的工件已經(jīng)滿了的時候，就阻止向該滑槽中繼續(xù)分流工件 。 (d) 反射式光電接近開關(guān) 該單元中還安裝了一個反射式光電接近開關(guān)，它是光電傳感器的另一種結(jié)構(gòu)形式，在這里用于檢測是否有工件進入到滑槽中存放的工件是否已滿槽。 反射式光電接近開關(guān)傳感器同前面介紹的對射式光電接近開關(guān)的區(qū)別是：接收光線的方式不同。對射式光電接近開關(guān)是以光纖作為光路，將光源發(fā)出的光線通過一根光纖導出到測量場所，再通過另一根光纖將接受到的由光源發(fā)出的光線傳回到傳感器，這樣，可以使傳感器的安裝位置與測量的場所不在同一個地點；發(fā)射式光電接近開關(guān)則是通過一個專門的反光鏡將由傳感器光源發(fā)出的光線直接發(fā)射回來，由傳感器直接接受，該種傳感器需要直接安裝在測量現(xiàn)場。 該反射式光電接近開關(guān)，在工作時采用的邏輯是：當傳感器接受到了反射光線時傳感器輸出信號為 0 ；當傳感器主體與反光鏡之間有不透明的物體存在時，光路被阻斷，傳感器不能接受到反射光 線，則傳感器輸出信號為 1。 (e) 本單元 組由 3 個閥組組成，分別用于控制 2 個導向氣缸和 1 個擋料氣缸，在結(jié)構(gòu)上，它們都是帶手控裝置的單控電磁閥。 (f) 分類單元的主要技術(shù)數(shù)據(jù) 氣源工作壓力：最小 6大 8 I/O 接口：開關(guān)量， 6 個輸入 /4 個輸出。輸入用于傳感器信號的傳輸，輸出用于執(zhí)行機構(gòu)的控制信號的傳輸。 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 29 頁 共 43 頁 4 制系統(tǒng)的設計 總體控制系統(tǒng)方案的設計 該系統(tǒng)的每個單元都被各自的 制著，各單元的通信是通過前一個單元 個單元都是通過傳感器向后一站發(fā)出控制信號的。 各單元控制系統(tǒng)設計 供料單元控制系統(tǒng)設計 (1) 該單元采用兩個磁感應接近開關(guān)用于檢測供料站有無工件和氣缸是否到位、光電式傳感器用于檢測料倉是否有料 ； (2) 一個用于控制該單元的 (3) 用于連接 。 搬運單元控制系統(tǒng)設計 (1) 該單元采用兩個磁感應接近開關(guān)用于檢測機械手的兩個極限位置 ； (2) 一個用于控制該單元的 (3) 用于連接 加工單元控制系統(tǒng)設計 (1) 電感式接近開關(guān)傳感器用于判斷工作臺的轉(zhuǎn)動位置 、光電式傳感器用于檢測每個工位上是否有工件、電容式傳感器用于檢測工件的顏色 ； (2) 一個用于控制該單元的 (3) 用于連接 安裝單元控制系統(tǒng)設計 (1) 磁感應式接近開關(guān)用于檢測氣缸的極限位置 ； (2) 一個用于控制該單元的 (3) 用于連接 搬運單元控制系統(tǒng)設計 (1) 該單元采用兩個磁感應接近開關(guān)用于檢測機械手 的兩個極限位置 ； (2) 一個用于控制該單元的 (3) 用于連接 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 30 頁 共 43 頁 分類單元控制系統(tǒng)設計 (1) 該單元中還安裝 了一個反射式光電接近開關(guān)， 用于檢測是否有工件進入到滑槽中存放的工件是否已滿槽。 (2) 一個用于控制該單元的 (3) 用于連接 選型 因為該生產(chǎn)線控制系統(tǒng)屬于小規(guī)?？刂葡到y(tǒng)，所以本設計選用三菱 以緊湊的結(jié)構(gòu)良好的擴展性、強大 的指令功能、低廉的價格，已經(jīng)成為當代各種小型控制工程的理想控制器。系列